基于连续小波变换的输油管道裂纹缺陷漏磁检测研究

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1、基于连续小波变换的输油管道裂纹缺陷漏磁检测研究检测与仪表化工自动化及仪表,2010,37(7):35～39ControlandInstrumentsinChemicalIndustry基于连续小波变换的输油管道裂纹缺陷漏磁检测研究宋志强,李着信,张镇,姜玉泉(后勤工程学院,重庆401311)摘要:在分析埋地输油管道裂纹漏磁检测现状的基础上,研究了连续小波变换能量法在管道裂纹漏磁检测信号处理上的应用.设计了裂纹缺陷漏磁检测实验方案,利用连续小波变换分析了裂纹缺陷不同特征参量(长度和深度)对漏磁检测信号的影响,得出了不同特征参量的裂纹漏磁信号的连续小波变

2、换能量变化图谱,表明了漏磁检测信号特征与裂纹缺陷之间有特定的定量关系及用漏磁方法检测裂纹缺陷存在着一定的局限性.关键词:管道检测;裂纹缺陷;连续小波变换;漏磁检测中图分类号:TP277文献标识码:A文章编号:1000—3932(2010)07-0035-051引言埋地输油管道属结构复杂,造价昂贵,材料耗量大的线形构筑物,同时因其输送介质属易燃,易爆,易污染,又可归属为"危险性构筑物"之列,且埋于地下,受力情况复杂,检测困难,其一旦遭到破坏,不仅会造成巨大的经济损失,还会造成沿线生态环境的极大破坏,甚至发生严重的火灾爆炸事故.我国石油系统近年来先后发生

3、了多起埋地输油管道失效损坏事件,导致了较大的经济损失和社会影响,同时对管路周围的生态和自然环境造成了一定的威胁.2埋地输油管道裂纹漏磁检测分析影响埋地输油管道使用寿命的因素:埋地管线在长期使用过程中遭受着许多内在和外在因素的破坏,据统计,输油管道等压力容器破坏事故中有40%～50%是由疲劳裂纹引起的(所谓的输油管道疲劳性断裂破坏就是指输油管道在长期交变应力工作下出现裂纹,随后失效的现象称为疲劳断裂破坏),而且大多属于低周疲劳破坏,表1为埋地油气管道主要的疲劳缺陷模式表.表1埋地油气管道主要疲劳缺陷模式序号模式类别具体分类脆性断裂,低温断裂,应力腐蚀1

4、断裂韧性断裂疲劳断裂,应力疲劳,应变疲劳,腐蚀疲劳过载引起的膨胀,屈曲,伸长,2变形外力引起的压扁,焊接引进的变形机械损伤:表面划伤,凹坑,裂纹,穿孔3表面损伤腐蚀:内腐蚀,表面腐蚀,化学腐蚀,电腐蚀如何对裂纹的疲劳寿命进行分析,即确定允许管道在使用寿命中出现裂纹,漏磁裂纹检测法是比较常用,有效的手段之一,而管道漏磁检测的关键环节,就是要做好漏磁信号特征与输油管道裂纹特征参量之间的相应关系,从而建立在相应的漏磁信号反应的静磁场现象与裂纹特征之间的数学模型,进而对裂纹缺陷进行定量的分析,为建立输油管道裂纹疲劳寿命评估提供参考依据.而系统中对漏磁检测信号

5、的分析和处理算法的选择,则显得尤为关键,下面给出一种基于小波变换量法进行漏磁缺陷检测信号的处理方法.3基于连续小波变换能量法的信号定量分析小波分析是傅立叶分析的重要发展,具有快速衰减,充分光滑,能量主要集中在一个局部区域的特点,而连续小波变换系数因为具有很大的冗余量,从而广泛应用在信号特征提取方面,从频谱分析的角度来看,连续小波变换将信号分解到一系列选择性相同的频带上,小波变换的能量则表征信号在这个频带上的不同特性,连续小波变换的这种性质,使之对信号特征的提取有很好的效果.我们还可以利用这一特点来克服漏磁信号中个别零值点受其他因素干扰而转变成非零值点

6、的情况,从分解的频带中提取含有应力集中信息的频带,即包括裂纹信息的频带,小波能量就表征由应力集中引起的裂纹信号的强弱～.3.1连续小波变换定义1凡满足如下允许条件:收稿日期:2010-06-04(修改稿)基金项目:总后勤部项目《输油管道剩余寿命预测技术及装备研究》基金资助?36?化工自动化及仪表第37卷=a+或相应的等价条件::0则函数lfr(t)称为一个母小波函数.对满足上式的母小波函数作伸缩和平移,得:=()..则称为小波函数,简称小波.定义2函数t)e(R)关于某个分析小波(t)的连续小波变换(CWT)定义为:)=)O—o,b(～t)dt其中,

7、砂..:(t-b_),参数n和6分别称为√0a伸缩因子和平移因子,标准化因子a是为了保持JJ(a,b)Il=IJlJ,可以理解为始终保持小波与母小波的能量一致.连续小波变换计算公式如下:)=J)妒()记:.,()=l.l一(x-b)3.2连续小波变换能量法由小波分析与小波变换的基本理论可知,具有有限能量的函数_厂(t)关于(t)的连续小波变换定义为:()=￡),(c))=￡)(t;r)d小波变换具有等距特性,即_厂(t)的小波变换是能量守恒的,有下式成立:上If(t)2d=J【式中:C——小波的容许性条件,其表达式为:c=a把I(o,r)J/(c.)

8、看作是(.,)平面上的能量密度函数,即l(.,)lA~Ar/(c.)给出了以尺度.和时间r为中心的,尺度问隔